空間機(jī)械臂視覺相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定技術(shù)研究

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1、航天返回與遙感第34卷第6期74SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2013年12月空間機(jī)械臂視覺相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定技術(shù)研究譚啟蒙胡成威高升（北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京100094）摘要針對空間機(jī)械臂視覺相機(jī)的任務(wù)需求與配置，內(nèi)參標(biāo)定技術(shù)是相機(jī)高精度獲取合作目標(biāo)位置、方向等運(yùn)動信息的首要前提和重要保障。文章設(shè)計了一種基于二維平面靶的機(jī)械臂相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定方法，用于解算焦距、主點坐標(biāo)、畸變系數(shù)等。首先，利用相機(jī)拍攝多幅平面靶圖像，求解平面靶與相機(jī)圖像之間的映射矩陣；其次，構(gòu)建相機(jī)內(nèi)參約束方程；再次，利用特征值分解，解算焦距、主點坐標(biāo)等參數(shù)值；最后，引入徑

2、向、切向畸變構(gòu)建非線性模型，將解得的內(nèi)參作為初值，利用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法即可計算出相機(jī)內(nèi)參最優(yōu)解。試驗結(jié)果表明，該方法完全適用于機(jī)械臂相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果均滿足機(jī)械臂視覺相機(jī)獲取合作目標(biāo)三維位姿的測量精度要求。關(guān)鍵詞空間機(jī)械臂視覺相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定二維平面靶中圖分類號:TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1009-8518(2013)06-0074-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.06.010ResearchonCalibrationofIntrinsicParametersforSpaceManipulator

3、CameraBasedon2DPlanarPatternTANQimengHUChengweiGAOSheng(BeijngInstituteofSpacecrfatSystemEngineering,Beijing100094,China)AbstractCalibrationofintrinsicparametershasbeenconsideredasanimportantpremiseandguaranteeforestimatingaccuratepositionandorientationofacooperativetargettosatisfyingtheta

4、skandconfigurationofspacemanipulatorcamera.Anovelapproachoncalibrationofintrinsicparametersforspacemanipulatorcamerabasedona2Dtargetisdesignedinthearticle,whichcanbeusedtocalculateafewparameterssuchasfocallength,coordinatesofprincipalpoint,coefficientsoflensdistortion.Firstofall,projection

5、matrixbe-tween2Dtargetandcameraimagecanbeacquiredfromseveraldifferenttargetphotosbycamera;secondly,constraintequationsofintrinsicparametersareformulated;thirdly,partparametersi.e.focallengthandcoor-dinatesofprincipalpointcanbecomputedaccordingtotheeigenvaluedecomposition(EVD);finally,anon-

6、linearmodelofcameraisconstructedbyintroducingradialandtangentialdistortion,andanoptimalreso-lutionofintrinsicparameterscanbecalculatedbyLevenberg-Marquardtalgorithmbasedonconsideringabovecomputedparametersasinitialvalues.Experimenthasshownthattheapproachfitsforcalibrationofintrinsicparamet

7、ers,andthecalibrationresultsallsatisfytherequiredaccuracyof3Dpositionandorientationofcoop-erativetarget.Keywordsspacemanipulator;camera;calibrationofintrinsicparameters;2Dplanarpattern收稿日期：2013-04-22第6期譚啟蒙等:空間機(jī)械臂視覺相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定技術(shù)研究751引言[1-2]鑒于國際空間站的成功應(yīng)用經(jīng)驗，空間機(jī)械臂是深入開展航